專利名稱：含高熔點合金元素的滑動電接觸合金及其層狀復合材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于制作微電機換向器的材料，尤其涉及一種含高熔點合金元素的滑動電接觸合金及其層狀復合材料。
背景技術：
在直流微電機的工作過程中，換向器和電刷片相互接觸并相對滑動，實現(xiàn)電流的傳輸，保持電機運轉。影響微電機壽命的因素主要有以下幾個1、微電機工作時，換向器和電刷之間不可避免地存在滑動摩擦磨損，因摩擦磨損產(chǎn)生的磨屑被擠壓在換向器和電刷片之間，隨著堆積的磨屑增多，換向器和電刷片之間的接觸性能逐步降低，引起較大的接觸電阻波動，導致輸出波形不良和電噪聲，嚴重時引起非換向期電弧，非換向期電弧又會進一步加快材料的磨損，最終導致微電機壽命終結；2、微電機在換向時，換向器與電刷片瞬間分離，產(chǎn)生的換向期電弧溫度很高，常常造成銀合金的熔化、飛濺，從而導致?lián)Q向器失效并最終使微電機壽命終止；3、換向期電弧還容易使磨屑熔焊于換向器的溝槽中造成短路，致使微電機早期死機；4、電接觸過程中由于機械摩擦和電流作用所產(chǎn)生的溫升會使材料表面硬度下降，降低其硬度和耐磨性，進一步加劇材料的機械磨損。因此，提高換向器用電接觸材料的耐磨性和抗電弧侵蝕能力是提高換向器使用性能和微電機使用壽命及穩(wěn)定性的重要 手段。銀合金具有優(yōu)良的導電性和耐腐蝕性能，因而是換向器中最常見、用量最大的滑動式電接觸合金；由于銀的硬度和熔點均偏低，其抗磨損和抗電弧性能存在明顯不足，無法滿足微電機換向器的使用要求，因此現(xiàn)有技術中采用了各種方法來改善銀合金的性能，目前，通過在Ag中添加Cu、N1、Zn、Pd、Pt、RE (稀土)等元素的合金化來提高銀合金性能的技術已經(jīng)得到了廣泛的應用；其中，較常用的有AgCuNi合金，Ni在固態(tài)下不溶于銀，因而會以彌散相的形式析出于基體中，起到細化晶粒、提高耐磨性的作用，同時，由于其熔點較高(約1455°C)，也可以提高抗電弧能力。但是，由于Ni為面心立方結構，滑移系較多，外力作用下容易變形，所以當摩擦嚴重時，仍然無法有效改善耐磨性；同時，在電弧強烈時，Ni仍然可能被熔化，其提供的抗電弧性能也有限。因此，開發(fā)具有更好的耐磨損性和抗電弧能力的新型滑動式電接觸銀合金，是提高換向器性能、延長微電機使用壽命的必要途徑。
發(fā)明內(nèi)容
針對背景技術中的問題，本發(fā)明提出了一種含高熔點合金元素的滑動電接觸合金，滑動電接觸合金的成分由Cu、高熔點合金元素和Ag組成；各種成分的重量百分含量分別為Cu :1、％、高熔點合金元素0. 1 1%、余量為Ag ;所述高熔點合金元素為Re、W、Mo中的一種(具體選用時，可綜合考慮各種物質的價格成本擇優(yōu)選用)。
本發(fā)明的改進點在于，將現(xiàn)有的AgCuNi合金中的Ni成分替換為高熔點合金元素，相比于Ni元素，高熔點合金元素具有更強的耐磨性和抗電弧侵蝕能力，可以使銀合金的性能得到顯著改善，從而提高微電機的壽命。其作用原理為由于高熔點合金元素的固有性質，在將其與銀基體的合金化過程中，高熔點合金元素不能固溶于銀基體中，在最終得到的銀合金的固相中，高熔點合金元素會以第二相形式彌散析出，對銀合金的耐磨性可以起到明顯的改善效果；高熔點合金元素的熔點普遍較高，基本上可以達到2620°C以上，因此高熔點合金元素的抗電弧侵蝕能力很強，產(chǎn)生電弧時，高熔點合金元素不會因電弧高溫而熔化，高熔點合金元素仍然以固態(tài)形式存在于銀基體中，增大了熔融的銀基體的液相粘度，可以有效地防止銀基體的飛濺和流失，從而提高材料整體的抗電弧能力。發(fā)明人在大量的實驗中發(fā)現(xiàn)，若高熔點合金元素的含量低于O. 1%，則其耐磨損和抗電弧作用不能得到充分發(fā)揮，對銀合金的性能改善作用較弱，而若高熔點合金元素的含量高于1%，則銀合金中的成分均勻性不容易得到保證，并且會對電刷造成嚴重磨損，反而會導致微電機因電刷過快磨損而壽命降低，因此，前述的配方中，高熔點合金元素的含量應在O. Γ %范圍內(nèi)取舍。在前述方案的基礎上，為了進一步提高銀合金的耐磨性，還可采用如下優(yōu)選方案當所述高熔點合金元素采用W 或Mo時,可通過在合金化過程中對工藝參數(shù)進行控制,使W或Mo的晶體結構以體心立方形式存在于滑動電接觸合金中，當所述高熔點合金元素采用Re時，使Re的晶體結構以密排六方形式存在于滑動電接觸合金中。前述的體心立方形式的W或Mo，以及密排六方形式的Re，他們的共性是應力作用下不容易發(fā)生塑性變形，因此其抵抗摩擦力造成的變形和磨損的能力很強，可以進一步有效地提高銀合金在滑動摩擦條件下的耐磨性。前述的使高熔點合金元素以特定的晶體結構形式存在于銀基體中的方案，可通過現(xiàn)有、成熟的合金化工藝實現(xiàn)。所述的滑動電接觸合金層疊或鑲嵌在銅或銅合金表面即形成層狀復合材料，其中銅或銅合金為基層，滑動電接觸合金為工作層。將本發(fā)明的滑動電接觸合金作為工作層復合在基層表面，用于制作微電機換向器，可以節(jié)約貴金屬，降低換向器和微電機的生產(chǎn)成本；在前述方案的基礎上，本發(fā)明又分別提出了一種換向器和一種微電機，他們都得益于前述方案中高熔點合金元素對銀合金的性能所起到的改善作用，從而獲得高性能的換向器和微電機。本發(fā)明的有益技術效果是通過將現(xiàn)有的AgCuNi合金中的Ni成分替換為高熔點合金元素成分，利用高熔點合金元素的高耐磨性和強抗電弧能力，使銀合金的耐磨性和抗電弧能力得到改善，從而提高微電機的壽命，進而使使用該微電機的裝置或設備的壽命也得到相應提聞。
圖1、工作層層疊復合在基層的全部表面上時的層狀復合材料截面示意圖；圖2、工作層鑲嵌復合在基層的部分表面上時的層狀復合材料截面示意圖。圖中標記I為工作層，標記2為基層。
具體實施方式
一種含高熔點合金元素的滑動電接觸合金，滑動電接觸合金的成分由Cu、高熔點合金元素和Ag組成；各種成分的重量百分含量分別為Cu:f8%、高熔點合金元素
O.1"1%、余量為Ag ;所述高熔點合金元素為Re、W、Mo中的一種。進一步地，所述高熔點合金元素采用W或Mo時，W或Mo的晶體結構以體心立方的形式存在于滑動電接觸合金中，所述高熔點合金元素采用Re時，Re的晶體結構以密排六方的形式存在于滑動電接觸合金中。一種層狀復合材料，前述滑動電接觸合金層疊或鑲嵌在銅或銅合金表面形成層狀復合材料，其中銅或銅合金為基層，滑動電接觸合金為工作層。一種換向器，采用前述的層狀復合材料制作換向器。一種微電機，采用前述的換向器制作微電機。為了便于本領域技術人員實施，本發(fā)明還提出了一種具體的制作步驟I)采用真空感應爐熔煉制備合金，其中各元素可以以中間合金形式加入，也可以以純金屬形式加入；另外，還可以利用生產(chǎn)過程中廢棄的、成分合格的邊角料作為制備新合金的原料。2)將制備好的合金鑄錠，經(jīng)開坯、軋制、中間退火、拉拔等工藝，制備成帶材或絲材。3)采用熱軋、溫軋或冷軋復合技術，將上述帶材或絲材與銅質或銅合金質的帶材進行復合，制作成層狀復合材料。真空熔煉工藝、軋制工藝 、退火工藝、拉拔工藝等均為本領域常用的一般制作工藝，易于掌握和實施。實施例實施例1至9的合金成分如下表所示(重量百分比)
權利要求
1.一種含高熔點合金元素的滑動電接觸合金，其特征在于滑動電接觸合金的成分由Cu、高熔點合金元素和Ag組成；各種成分的重量百分含量分別為Cu :廣8%、高熔點合金元素0. 1"1%、余量為Ag ;所述高熔點合金元素為Re、W、Mo中的一種。
2.根據(jù)權利要求1所述的含高熔點合金元素的滑動電接觸合金，其特征在于所述高熔點合金元素采用W或Mo時，W或Mo的晶體結構以體心立方的形式存在于滑動電接觸合金中，所述高熔點合金元素采用Re時，Re的晶體結構以密排六方的形式存在于滑動電接觸Av 由I=1-Wl 卞 O
3.—種層狀復合材料，其特征在于權利要求Γ2中任一項所述滑動電接觸合金層疊或鑲嵌在銅或銅合金表面，其中銅或銅合金為基層，滑動電接觸合金為工作層。
4.一種換向器，其特征在于采用權利要求3所述的層狀復合材料制作換向器。
5.一種微電機，其特征在于米用權利要求4所述的換向器制作微電機。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含高熔點合金元素的滑動電接觸合金，滑動電接觸合金的成分由Cu、高熔點合金元素和Ag組成；各種成分的重量百分含量分別為Cu1~8%、高熔點合金元素0.1~1%、余量為Ag；所述高熔點合金元素為Re、W、Mo中的一種。本發(fā)明的有益技術效果是通過將現(xiàn)有的AgCuNi合金中的Ni成分替換為高熔點合金元素成分，利用高熔點合金元素的高耐磨性和強抗電弧能力，使銀合金的耐磨性和抗電弧能力得到改善，從而提高微電機的壽命，進而使使用該微電機的裝置或設備的壽命也得到相應提高。
文檔編號B32B15/01GK103060599SQ201210560
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權日2012年12月21日
發(fā)明者徐永紅, 章應 申請人:重慶川儀自動化股份有限公司